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April 2015
Nelson Ferreira
Entwicklung, Integration und Erprobung eines piezoresistiven 3D-Mikrotasters
Die zunehmende Miniaturisierung von Systemen bei stetig erhöhter Funktionsdichte ist in vielen verschiedenen Industriezweigen zu beobachten. Diese ist nur durch zahlreiche technologische Sprünge in der Mikro- und Nanotechnik der letzten Jahre möglich geworden. Die Fertigung von immer kleineren Komponenten bei gesteigerten Qualitätsanforderungen stellt daher heutzutage besondere Ansprüche an die dimensionale Messtechnik, welche dabei häufig an ihre Grenzen stößt.
Zur Prüfung der Maß-, Form- und Lagekenngrößen solcher Mikrobauteile sind verschiedene Messverfahren und Sensorprinzipien entwickelt worden. Die taktile Messtechnik spielt im Mikrobereich eine wesentliche Rolle für die Messung von deren Qualitätskenngrößen. Insbesondere nutzen taktile Koordinatenmessgeräte sogenannte Taster, um Werkstückoberflächen anzutasten und dadurch einen Rückschluss über diese Qualitätskenngrößen zu ziehen. Die Integration von Mikrotastern an Standard-Koordinatenmessgeräte ist einerseits aus wirtschaftlicher Sicht sehr relevant und andererseits eine technische Herausforderung.
Im Rahmen dieser Dissertation wurde ein piezoresistiver 3D-Mikrotaster weiterentwickelt, sodass im Vergleich zu den Vorgängermodellen deutlich höhere Empfindlichkeitswerte erreicht worden sind. Parallel dazu wurde ein Prozess zur Fertigung von Taststiften mittels Funkenerosion optimiert, sodass monolithische kugelförmige Taststifte mit 50 µm Tastkugeldurchmesser gefertigt werden können. Diese Mikrotaster wurden danach zur Erprobung in ein Verzahnungsmessgerät integriert. Messungen wurden an einer 2 mm Referenzkugel und anschließend an einem Mikroverzahnungsnormal mit verschiedenen Modulen von 1 bis zu 0,1 mm realisiert und innerhalb eines Ringvergleiches mit Kalibrierwerten verglichen.
Zur Prüfung der Maß-, Form- und Lagekenngrößen solcher Mikrobauteile sind verschiedene Messverfahren und Sensorprinzipien entwickelt worden. Die taktile Messtechnik spielt im Mikrobereich eine wesentliche Rolle für die Messung von deren Qualitätskenngrößen. Insbesondere nutzen taktile Koordinatenmessgeräte sogenannte Taster, um Werkstückoberflächen anzutasten und dadurch einen Rückschluss über diese Qualitätskenngrößen zu ziehen. Die Integration von Mikrotastern an Standard-Koordinatenmessgeräte ist einerseits aus wirtschaftlicher Sicht sehr relevant und andererseits eine technische Herausforderung.
Im Rahmen dieser Dissertation wurde ein piezoresistiver 3D-Mikrotaster weiterentwickelt, sodass im Vergleich zu den Vorgängermodellen deutlich höhere Empfindlichkeitswerte erreicht worden sind. Parallel dazu wurde ein Prozess zur Fertigung von Taststiften mittels Funkenerosion optimiert, sodass monolithische kugelförmige Taststifte mit 50 µm Tastkugeldurchmesser gefertigt werden können. Diese Mikrotaster wurden danach zur Erprobung in ein Verzahnungsmessgerät integriert. Messungen wurden an einer 2 mm Referenzkugel und anschließend an einem Mikroverzahnungsnormal mit verschiedenen Modulen von 1 bis zu 0,1 mm realisiert und innerhalb eines Ringvergleiches mit Kalibrierwerten verglichen.
Schlagwörter: Mikrotaster; Mikrotaststift; Koordinatenmesstechnik; Verzahnungsnormal
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